Эксплуатация разрядников и ограничителей перенапряжения - Факторы, влияющие на работу ОПН

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАБОТУ НЕЛИНЕЙНЫХ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ
По техническим условиям гарантированный ресурс на отечественные и зарубежные ОПН определен количеством поглощенной энергии в случае постоянной работы при наибольшем рабочем напряжении ограничителя, равном наибольшему рабочему напряжению сети, с последующей однократной коммутацией защищаемого элемента, сопровождающейся предельными допустимыми значениями коммутационного и установившегося перенапряжений при наибольшей допустимой температуре окружающей среды.
Превышение значений какого-либо из этих воздействий приводит к увеличению аккумулируемой в ОПН энергии и нарушению его термостабильности. Для сохранения нормируемого срока службы ОПН необходимо снижение величины или длительности возможных последующих воздействий.
Наиболее тяжелые условия работы ОПН при квазистационарных повышениях напряжения в электрической сети. Длительность и значения повышений напряжения в этих режимах определяются видом коммутации и временем действия соответствующей релейной защиты или противоаварийной автоматики.
Для случаев резонансного повышения напряжения при неполнофазном включении линии с шунтирующими реакторами Перенапряжения ограничиваются потерями мощности на корону и достигают значений (1,4-1,59) Uфнр, где UфHp - наибольшее фазное рабочее напряжение.
При неполнофазных включениях или отключениях линии с подключенным трансформатором или автотрансформатором квазиетационарные перенапряжения, возникающие при резонансе, ограничиваются намагничиванием магнитопровода и потерями мощности от короны на линии и имеют значения
для линий 110 кВ -(1,78-2,49)Uф и р;
для линий 220 кВ - (2,02-2,17) Uф и р;
для линий 500 кВ - (2,29-2,8)Uф и р;
для линий 750 кВ -(2,29-2,36) Uф и р.
Кроме того, в схемах с коммутацией линии вместе с трансформатором или автотрансформатором возможно возникновение затухающих колебаний (переходный резонанс) второй гармоники, в том числе и в неполнофазных схемах. Условием их появления является близость частоты свободных колебаний в схеме прямой последовательности к удвоенной промышленной, При малых потерях и частоте свободных колебаний, равной двойной, возможно устойчивое самовозбуждение второй гармоники. Отмеченные перенапряжения также относятся к квазистационарным.
Перенапряжения переходного резонанса в электрических сетях 110 и 150 кВ не превышают (1,4-1,6) Uф, в сетях 220 и 330 кВ - (1,4-1,6) Uф, в сетях 500 и 750 кВ - достигают (1,7-1,8) Uф.
Поскольку наибольшее допустимое рабочее напряжение ОПН нормируется для данного значения длительности воздействия с учетом воздействия до этого расчетного тока коммутационного перенапряжения, то перерыв между такими воздействиями должен быть не менее 1 часа.
При несоблюдении этих условий происходит полное срабатывание срока службы аппарата, сопровождающееся пробоем. По итогам статистики повреждений ОПН наиболее опасными являются режимы неполнофазного одностороннего включения или отключения линии с полностью скомпенсированной шунтирующими реакторами зарядной мощностью или с присоединенными без выключателей на строке ВН автотрансформаторами.
Кроме энергии, выделяющейся а ОПН от протекания тока, обусловленного приложенным напряжением сети, на тепловой баланс ОПН влияют следующие факторы:
нагрев от неравномерного распределения напряжения по резисторам ОПН;
нагрев от окружающей среды и прямой нагрев солнечными лучами.
Неравномерное распределение напряжения по элементам ОПН происходит из-за того, что в области рабочих напряжений элементы оксидно-цинковых столбов ведут себя как конденсаторы и вместе с частичными емкостями столбов относительно земли и стен покрышек образуют сложную емкостную схему. Возникшая неравномерность градиентов напряжения определяется высотой столба (разрядника), его расположением в пространстве, близостью к токопроводам и др. Неравномерное распределение напряжения может привести к чрезмерным напряжениям на отдельных блоках и, следовательно, к тепловым перегрузкам. Длительная тепловая перегрузка блока может вызвать тепловой пробой.
Воздействие на ОПН нагретого воздуха окружающей среды и нагрев прямыми солнечными лучами происходят всегда, поэтому при изменении напряжения на ОПН (1,0-1,4) Uфир снижают допустимые повышения напряжения для ОПН на 3-5 %.
В реальных условиях эксплуатации отдельные факторы, влияющие на работу ОПН, накладываются друг на друга. Для обеспечения надежной работы ОПН, предназначенных для районов со средними степенями загрязнения, допустимое наибольшее рабочее напряжение ОПН должно быть на 5 % больше наибольшего рабочего напряжения сети, если температура нагрева ОПН может превышать нормируемую - на 10 %.
Необходимо также отметить отсутствие у большей части выпускаемых ОПН гарантированных характеристик взрывобезопасности.
Взрывобезопасность определяется соотношением между прочностью покрышек, скоростями нарастания давления и выдавливания мембраны. Нормируется это значением тока КЗ, при котором защитное устройство срабатывает до разрушения покрышек, и определяется на основе испытаний.